CN1129483A - 通信系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种通信系统，包括一个控制单元(12)，一个双向通信链路(26)和一个或多个与链路相耦合的装置。控制单元经驱动电路向链路双向施加预定电压以向一个或多个装置加能并与之通信。装置42在适当的时间间隙上响应。在响应间隔，控制单元能连续向装置供电。

Description

通信系统和方法

本发明涉及一种用于与公共控制单元隔开一段距离的一组装置通信的系统和方法，特别地，本发明涉及一种通信系统，它包括由分离的装置所使用的公共通信链路，用于与公用控制单元通信。

在商业和工业大楼里用于检测潜在火情的监测系统，经常分布遍及在有关大楼的不同的楼层或区域。检测器或控制单元设置在不同的楼层位置或在装置内，希望能尽早地确定是否存在潜在火情。

检测器或控制装置通常由一组或多组通信线路连接到一个公共控制面板。该面板从各个分开的检测器或控制装置接收信息，并通常设计成自己确定是否一个或多个检测器正在报告潜在火情。

在Tice等人的美国专利No.4,916,432中公开了转让给本发明的受让人的题为″烟火检测系统通信″的通信系统和方法的一种形式。Tice等人的发明中所提到的系统类型提供了离散时间间隔，在该间隔内通过通信链路和控制面板，电能量能供给远端装置。采用通信链路同时来给离开一段距离的检测器、控制装置以及其它在系统中装置供电，减少为服务离开一段距离的装置所需安装的线路的数量。

在已知的通信系统中，向离开一段距离的装置提供电能可用的时间的长度可能成为一个重要问题。随着检测器或其它装置数量的增加，需要通过通信链路来提供的电能的量也随之增加。

通信链路可以是几千英尺长，经常采用相对小直径的导线，例如18号。导线的长度和线径尺寸限制了在给定时间间隔内所能提供的电能的量。此外，随着检测器或控制装置的数量的增加，通信线路的长度也可能增加，这导致额外的损耗，可能使系统不能向位置较远离公共控制单元的检测器或其它装置充足供电。

随着在通信环路上检测器数量的增加，所能经历的其它困难可包括干扰正确地检测正在发送到或正在接收来自检测器或控制装置信息的电噪声。

因此对于能够提供充足数量的能量来支持比现有可能更大数量的检测器的通信系统继续存在一个未满足的需求。此外，尽管为满足当前大楼要求的需求，需要安装更长的导线长度和更多的检测器，仍希望能够增加此类系统的抗干扰性。

最好能够在达到提供增加的能量级别的同时增加抗干扰性，而不大量增加该系统的成本或复杂程度。同时也希望能够从分布的装置向公共控制单元提供较大的信息峰峰值电压，以便为该系统提供增进的抗干扰性能和可靠性。

根据本发明的通信系统适用于一组分开的包括检测器或控制设备的装置。该系统包括一个控制单元和一个双向的通信链路。

链路是可连接到一个或多个装置。控制单元包括平衡的或双端驱动器电路，用于双向施加一个选定的电压跨接在链路上来提供一个为施加电压值两倍的电压变化。

控制单元包括用一个信息序列调制电压的电路。调制电路可采用脉冲宽度系数的方法。也可采用其它类型的调制，如频率调制。

分离的一个或多个装置的可包括用于检测调制的双向施加的电压的接收器电路。该装置可各含一个全波整流器来提供一个由调制波形连续供电的本地电源。

分离的装置可包括环境状态检测器，如烟雾、温度或气体检测器。另一方面，入侵检测器，如PIR，超声或红外射线检测器也可使用。本通信系统也可用于人工操作的开关，和基于入口控制系统的键盘或读卡器。此外，根据本发明的通信系统可用于连接和控制环境控制装置如供暖、通风、冷却或照明设备。

一种在控制单元和一个或多个分离的装置之间双向通信的方法包括提供一个具有预定电压的电源的步骤。电源被双向施加以产生一个幅度为两倍预定电压的调制的脉冲序列。

调制的脉冲序列发送到分离的装置。脉冲序列可以由脉宽调制。电能量能通过调制的脉冲序列传送来向装置供电。调制的脉冲序列至少可由装置的一个检测出来。

图1是一个根据本发明的系统框图；

图2是一个可用于本系统的一个装置的电路原理图；

图3是一个进一步说明本通信系统特性的定时图，

图4是一个说明通信系统另一个方面的定时图。

尽管本发明可能有许多种实施例，但附图中以及以下将将详细描述几个特定实施例，可以理解的是，本公开说明书的目的是为了使本发明的原理的例子能够被理解，而不是为了将本发明限制在特定的实施例上。

图1是一个根据本发明的系统10的框图，系统10包括一个公共控制单元或面板12。该单元或面板12可由一个编程的处理机14部分实现。处理机14可以是一个微处理机与只读存贮器(ROM)和随机存贮器(RAM)的联合。

单元12包括用于输出目的的平衡驱动器电路16和接收器电路18。单元12由一个常规类型的电源供电，用一个输出电压“V”的电池20表示。

单元12通过驱动电路16和接收器电路18连接到一个双向通信链路26。通信链路可包括一组细长的电导体。链路26的组成部分的尺寸，类型和数量不是对本发明的限制。

连接到链路26的是一组检测器单元28和一组控制单元30。28的组成部分如28a，可由烟雾检测器、气体检测器、温度检测器、入侵检测器或类似装置来实现。

部件30的组成部分，如控制单元30a，提供输入或输出装置的接口。输入装置可包括拉动开关或通路控制单元。输出装置可包括电操作的门锁或电可控制的防火门，照明或环境控制装置。显而易见，部件28和30的组成部分可包括其它类型的检测器或控制装置，无局限性。

部件28和30的组成部分的共有部分在有代表性的装置32中说明。装置32连接到通信链路26并包括一个全波整流桥34，接收器电路36和平衡驱动电路38。装置32也包括相应的检测器或控制电路接口40。

电路40可接口到/从一个检测器或一个可控制的装置42。装置42可包括状态或事件检测器，如相应的离子化或光电类型的烟雾检测器或门窗状态传感器。

控制单元12和部件28和30的组成部分之间的通信在双向链路26上采用相应的平衡驱动器电路16和36实现。驱动器电路16产生并向链路26施加一个调制的开关电压用于在控制单元12起始的通信。

调制的开关波形具有一个2V伏数量级的峰峰幅值。2V伏可以，例如，对应于24伏。在一个起始时间间隔内产生第一个带有第一个极性P1的相同幅值+V，在第二个时间间隔内产生一个带有相反极性P2的相同幅值，V。

由于采用了平衡驱动器电路16驱动通信链路26，施加在说明的链路26的部件26a和26b上的峰峰开关电压有一个2V伏数量级的幅度。

由驱动器电路16生成的波形是一个对称的数字波形。从28和30的组成部件接收的通信也可是一个对称的数字波形的形式。另一方面，一个或多个28和30的组成部件也可使用模拟信令。

系统10的优点包括在28和30的组成部件中采用过零边沿检测电路。该电路提供一个相对高的抗干扰能力。此外，平衡驱动协议使系统可以连续向多个28和30提供较高的功率电平，并使系统可采用相对高阻抗的电话线用于链路26a和26b。

来自28和30的组成部件的电压传输幅度给控制单元12提供了一个线路电压和线路阻抗的指示。此外，平衡驱动电路的使用，如驱动器36，为到控制单元12的传输提供了改善的抗干扰性。

平衡驱动协议可与一组调制方法例如脉宽调制或频率调制一起使用。显而易见，调制的类型不是对本发明的限制。

图2是装置32的一部分的一个原理图；在图2中，说明了全波整流桥34连接到通信链路26，可产生一个本地直流电压VD给装置32供电，说明了平衡驱动器电路36连接到检测器/控制接口电路40。此外，图2说明了接收器电路38连接到检测器/控制接口电路40。

在控制单元12中使用的平衡驱动器电路16可以和在图2中说明的驱动器电路36相同。

图3说明了一个典型的通信序列，包括一个由控制单元12送到一个或多个28和30的组成部件的消息100和一个来自被寻址的装置如装置32的响应102。通信的第一部分100是从控制单元12到连接在链路26的装置的具有一个2V伏数量级的峰峰幅值的平衡传输。第二部分102说明了来自装置如装置32的响应。峰峰幅值为2V伏的数量级。

区域100包括一个对称的同步脉冲110，该脉冲有一个相当长的周期以便使在组合28和30中的所有装置与消息序列100的其余部分同步。在对称同步脉冲110之后，发送脉宽调制的数字序列。

数字序列包括一个系统识别代码112，一个装置地址代码114，和一个提供命令或其它控制信息到对应于地址114的装置控制代码116。在控制代码116之后可提供一个奇偶校验位118。

在图3的典型的实施例中，消息100的单元作为对称的脉宽调制的信号全部传送。为说明的目的，发送地址114对应于二进制比特模式10000100。控制序列116对应于一个100的比特模式。奇偶校验位118以1发送。

在装置响应时间间隔102内，对应于地址114的装置能与控制单元12通信。装置响应可以平衡数字传输的形式至控制单元12。

返回的信号有一个大约2VD的幅值。在控制单元12检测该值提供了线路电压正被输送到回应装置的一个指示。如果该值低于一个预先确定的阀值，有多余的线路负载需要去除。另一方面，到控制单元12的装置传输可包括信息的数字和模拟两种表示方法。

如图3所示，装置响应可包括一个数字序列130。该序列可以是从所寻址的装置返回的一个参数值或任何其它记号的表示。如果所寻址的装置是一个状态传感器，返回值表现出是对应于0010000比特模式的检测状态。

在回应装置正与控制装置通信的时间周期内，回应装置采用其内部功率容量交替驱动线路正负跳变。或者，回应装置也可仅以一种极性驱动线路，或正或负。

所寻址的装置也可通过提供在间隔132内一个的类型代码的数字表示，跟随一个奇偶校验位134来给其作标志。

在来自控制单元12的通信中，装置驱动器可关闭。在来自装置的通信中，1)控制单元的驱动器可关闭，因此线路是悬浮的(高阻的)和平衡的；并且2)所有装置可视输出，LED驱动器可关闭。

所有检测测量在正跳变上进行，并与零伏基准(波形的中间)比较。本发明的一个重要方面是每个比特的高和低的时间是一样的(对称的)。因此，由于电容和电阻(RC)引起的失真将在过“零”点补偿，并不影响数据时间测量。这种失真将仅导致数据的相位延迟。

另一方面，如图4所示，如果希望，在装置向控制单元通信期间，控制装置12可继续对装置28，30提供功率。控制装置12将检测何时回应装置以任一极性驱动线路电压，并同时在同一极性开启它的驱动持续一个预定的时间量A，以满足线路上的装置的电源供给。在时间B内信息由控制装置12测定。在时间B的峰峰电压表示在回应装置的电压电平。从上所述，众多的变化和修改，不背离本发明的精神和范围。这里所说明的特定装置不应被认为是一种限制。当然，所附权利要求书的目的是覆盖所有这样的修改，使其落入权利要求的范围。

Claims (19)

1、可适用于一组分开装置的通信系统，包括：

一个控制单元；和

可连接到一个或多个所说的装置的一个双向通信链路，其中所述控制单元用于在所说的链路上双向施加一个选定的电压的驱动器电路，一个或多个回应的装置包括用于在双向通信链路驱动电压的电路。

2、根据权利要求1的系统，其特征在于所说的控制单元和装置包括用一个信息序列调制所说的电压的电路。

3、根据权利要求2的系统，其特征在于所说的调制电路包括脉宽调制电路。

4、根据权利要求1的系统，其特征在于至少其中一个装置和所说的控制单元每个包括用于检测所说的双向施加的电压的接收器电路。

5、根据权利要求1的系统，其特征在于至少装置之一是一个环境状态检测器。

6、根据权利要求1的系统，其特征在于至少装置之一包括用于整流所说的双向施加的电压的整流器电路，为供给至少是相应的装置提供一个本地电源。

7、根据权利要求5的系统，其特征在于通过连接一个相邻的环境状态的指示到所说的链路上，环境状态检测器能够响应所说的双向施加的电压，所说的单元包括指示检测电路。

8、根据权利要求7的系统，其特征在于所说的指示包括环境状态的一个数字表示。

9、一个监控系统，包括；

一个控制单元；

可连接到一个或多个所说的装置的一个双向通信链路，其中所述控制单元包括用于在所说的链路上双向施加一个选定的电压的驱动器电路；和

一组连接到所说链路的监测装置，至少一些所说的装置含有能够整流所说的双向施加的电压的全波整流电路，和

一个或多个回应装置包括用于在双向通信链路上驱动电压的电路。

10、根据权利要求9的系统，其特征在于至少一些所说的装置包括一个环境状态检测器。

11、在一个控制单元和一个或多个分离的装置间的双向通信的方法，包括：

提供一个具有预定电压的电源；

使电压作为时间的函数换向，从而生成一个有两倍预定电压幅度的调制的脉冲序列；

发送调制的脉冲序列到分离装置；

一个或多个回应装置包括用于在双向通信链路上驱动电压的电路。

12、根据权利要求11的方法，其特征在于在反向步骤中，脉宽调制脉冲序列。

13、根据权利要求11的方法，包括通过调制脉冲序列提供电能向装置供电。

14、根据权利要求11的方法，包括：至少在装置之一中检测调制的脉冲序列。

15、根据权利要求13的方法，包括从至少装置之一中提供一个对于调制的脉冲序列的响应。

16、根据权利要求14的方法，提供的响应包括一个数字序列。

17、根据权利要求11的方法，包括检测至少是装置之一相邻的环境状态。

18、根据权利要求11的方法，包括当装置对发送脉冲序列回应时，向一个或多个装置提供电能。

19、根据权利要求1的系统，所说的控制单元包括当用于至少一个装置对所说的控制单元回应时，向一个或多个装置提供电能。

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